JP4149741B2 - 帯電装置、プロセスカートリッジ及び画像形成装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、帯電装置、プロセスカートリッジ、及び画像形成装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
被清掃体を清掃するクリーニング装置は従来より各種の技術分野における機械、装置に広く採用されている。例えば、複写機、プリンタ、ファクシミリなどとして構成される画像形成装置においては、像担持体の表面を清掃するクリーニング装置や、像担持体を帯電する帯電ローラの周面を清掃するクリーニング装置、或いは転写ベルトの表面を清掃するクリーニング装置などがそれぞれ用いられている。
【０００３】
このようなクリーニング装置として、被清掃体の表面に当接するブラシを有するブラシローラを備えたクリーニング装置が広く利用されている（例えば特開平７−１４０７６３号公報参照）。従来のこの種のクリーニング装置は、ブラシローラを駆動装置によって回転駆動し、被清掃体表面に接触するブラシの線速と、その被清掃体表面の線速とに差をもたせ、当該ブラシによって被清掃体表面に付着した異物を掻き取ることにより、その表面を清掃するように構成されている。
【０００４】
ところが、この構成によると、ブラシローラを駆動する駆動装置が必要となるだけでなく、一般にブラシの倒れと称せられているブラシ繊維の永久変形を抑えるため、ブラシの食い込み量を規制する手段を設ける必要がある。このため、クリーニング装置のコストが上昇し、かつその構造が複雑化する欠点を免れない。ブラシの食い込み量とは、ブラシローラのブラシを被清掃体の表面に圧接させたとき、そのブラシローラの半径方向におけるブラシの最大変形量であり、従来のブラシローラの場合には、この食い込み量が適正範囲内となるように規制することによって、ブラシの倒れを抑制していたのである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、上述した従来の欠点を除去した帯電装置とプロセスカートリッジと、画像形成装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するため、帯電ローラと、該帯電ローラの表面に当接するブラシを有するブラシローラとを備えた帯電装置において、前記ブラシローラと、前記帯電ローラとのいずれか一方の芯軸の少なくとも一部がマグネットにより構成され、他方の芯軸の少なくとも一部が磁性体により構成されていて、該ブラシローラの芯軸の長手方向各端部は、軸受板に形成されたガイドスロットに、回転自在に、かつ帯電ローラの表面に対して接近又は離間する方向に摺動自在に嵌合していると共に、当該ブラシローラは、そのブラシが、前記マグネットによる磁力の作用と、該ブラシローラの自重とによって前記帯電ローラの表面に当接し、かつ該帯電ローラの表面の移動に従動して回転するように配置されていることを特徴とする帯電装置を提案する（請求項１）。
【０００７】
その際、前記マグネットは、永久磁石又は電磁石によって構成され、かつ前記磁性体は、ニッケル又は鉄で構成されていると有利である（請求項２）。
【０００８】
また、上記請求項１又は２に記載の帯電装置において、前記ブラシの繊維の長さが２mm以下に設定され、該繊維の密度が２００００本／cm^２以上に設定されていると有利である（請求項３）。
【０００９】
さらに、上記請求項１乃至３のいずれかに記載の帯電装置において、前記ブラシの繊維基端部がブラシローラの芯軸に静電植毛法により固定されていると有利である（請求項４）。
【００１０】
また、本発明は、上記目的を達成するため、少なくとも、請求項１乃至４のいずれかに記載のブラシローラと帯電ローラとが一体的に組み付けられて成るプロセスカートリッジを提案する（請求項５）。
【００１１】
さらに、本発明は、上記目的を達成するため、請求項１乃至４のいずれかに記載の帯電装置を有し、前記帯電ローラにより帯電された像担持体を露光して静電潜像を形成し、該静電潜像をトナー像として可視像化し、該トナー像を転写材に転写するように構成されていると共に、重合法により作られたトナーが用いられていることを特徴とする画像形成装置を提案する（請求項６）。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態例を図面に従って詳細に説明する。
【００１３】
図１は画像形成装置の一例を示す断面図であり、ここに示した画像形成装置は、電子複写機、プリンタ、ファクシミリ又はこれらの少なくとも２つの機能を備えた複合機などとして構成されるものである。
【００１４】
図１に示した画像形成装置は、ドラム状の感光体として構成された像担持体１を有し、画像形成動作の開始に伴って、像担持体１は矢印Ａ方向に回転駆動される。このとき、像担持体表面に対向配置された帯電ローラ２が、図示していない駆動装置により、又は像担持体１の表面の移動に従動して矢印Ｂ方向に回転する。帯電ローラ２は芯軸３と、そのまわりに固定された抵抗層４より成り、かかる帯電ローラ２が上述のように回転するとき、その芯軸３に所定極性の帯電電圧が印加され、これによって像担持体１の表面が所定の極性に帯電される。
【００１５】
帯電された像担持体１の表面には、露光装置の一例であるレーザ書き込みユニット（図示せず）から出射する光変調されたレーザビームＬＢが照射され、これによって像担持体表面に静電潜像が形成される。この静電潜像は、現像装置５によりトナー像として可視像化される。ここに示した現像装置５は、乾式の現像剤Ｄを収容した現像ケース６と、現像剤Ｄを担持して搬送する現像ローラ７を有し、矢印Ｃ方向に回転駆動される現像ローラ７の周面に担持された現像剤のトナーが像担持体に形成された静電潜像に静電的に移行し、該潜像がトナー像として可視像化される。
【００１６】
像担持体１には、矢印Ｅ方向に駆動される転写ベルト８が対向配置され、図示していない給紙部から給送された転写紙Ｐは、この転写ベルト８に担持されて搬送される。転写紙は転写材の一例をなすものであり、かかる転写紙Ｐが像担持体１と転写ベルト８の間の転写領域を通るとき、転写ベルト８を挟んで像担持体１に対向配置された転写装置９に転写電圧が印加され、これによって像担持体表面に形成されたトナー像が転写紙Ｐ上に静電的に転写される。像担持体上に形成されたトナー像を中間転写体より成る転写材に転写し、その転写トナー像を転写紙に転写するように構成することもできる。
【００１７】
トナー像転写後の像担持体表面に付着する転写残トナーは、像担持体表面に圧接したクリーニングブラシ１０とクリーニングブレード１１の協働作用により掻き取り除去される。一方、トナー像を転写された転写紙Ｐは、図示していない定着装置を通り、このとき熱と圧力の作用によって、そのトナー像が転写紙上に定着される。
【００１８】
図１に示した画像形成装置においては、像担持体１、帯電ローラ２、クリーニングブラシ１０及び後述するブラシローラ１２が、ユニットケース１３に回転自在に組み付けられ、しかもクリーニングブレード１１の基端部がユニットケース１３に固定され、これらの要素によって一体的なプロセスカートリッジ１４が構成されている。このプロセスカートリッジ１４を、画像形成装置本体に固定されたガイドレール１５に沿って手前側に引き出し、又は奥側に押し込んで、当該プロセスカートリッジ１４を所定の位置に装填することができる。クリーニングブラシ１０、クリーニングブレード１１、及びユニットケース１３の一部により構成されたクリーニングケース１６によって、像担持体表面を清掃する像担持体用のクリーニング装置１７が構成されている。
【００１９】
帯電ローラ２は、前述のように像担持体に対向してその像担持体１を帯電する用をなす。かかるローラ２は、図１に示す如く、像担持体１の表面に圧接していてもよいが、像担持体１の表面から微小間隙をあけ、その像担持体に対して非接触状態で位置していてもよい。
【００２０】
ところで、前述の如く画像形成動作が行われるとき、クリーニング装置１７は、像担持体上の転写残トナーを除去するが、全てのトナーを除去することは困難であり、微量のトナーがクリーニングブレード１１をすり抜ける。このようにしてすり抜けたトナーや、画像形成装置本体内に浮遊するトナーなどの異物が帯電ローラ２の周面に付着する。これを放置したとすると、帯電ローラの抵抗値が変化してしまい、その結果、像担持体の帯電むらや帯電不良が発生し、像担持体上に形成されるトナー像の画質が劣化し、異常画像が発生するおそれがある。
【００２１】
そこで、本例の画像形成装置には、前述のブラシローラ１２を備えた帯電ローラ用のクリーニング装置１８が設けられ、このクリーニング装置１８によって帯電ローラ２の周面を清掃するように構成されている。このブラシローラ１２は、帯電ローラ２に対して平行に延び、図２及び図３にも示すように、剛体より成る芯軸１９と、この芯軸１９の周面に基端部が固定された多数の繊維より成るブラシ２０を有している。ブラシ２０は、図３に符号Ｗで示した範囲において、芯軸１９の全周に亘って設けられている。かかるブラシ２０が、図１及び図２に示すように、被清掃体、この例では帯電ローラ２の表面に当接する。かかる帯電ローラ２とブラシローラ１２とにより帯電装置が構成されている。
【００２２】
ここに示したブラシローラ１２は、そのブラシ２０が、磁力の作用によって被清掃体、すなわち帯電ローラ２の表面に当接し、かつその被清掃体の表面の移動に従動して矢印Ｇ方向に回転するように配置されている。
【００２３】
具体的には、図１及び図２に示すように、ユニットケース１３の奥側の側板１３Ａと、手前側の側板（図示せず）に、図３にも鎖線で示す如く軸受板２１がそれぞれ固定され、その各軸受板２１には下部が開放したガイドスロット２２がそれぞれ形成され、その各ガイドスロット２２にブラシローラ１２の芯軸１９の長手方向各端部が、回転自在に、かつそのガイドスロット２２に沿って矢印Ｆ方向（被清掃体の表面に対して接近又は離間する方向）に摺動自在に嵌合している。各ガイドスロット２２の幅は、芯軸１９の各端部の直径よりもわずかに大きく設定され、これにより芯軸１９の各端部が各ガイドスロット２２にがたつくことなく嵌合することができる。
【００２４】
また、ブラシローラ１２は、そのブラシ２０を支持する芯軸１９を有しているが、その芯軸１９の少なくとも一部がマグネットにより構成され、被清掃体の少なくとも一部が磁性体、好ましくは、例えばニッケル又は鉄などの強磁性体により構成されている。図示した例では、ブラシローラ１２の芯軸１９が永久磁石により構成され、帯電ローラ２の芯軸３が磁性体によって構成されている。しかも、ブラシローラ１２の芯軸１９の各端部がガイドスロット２２に摺動自在に嵌合しているので、ブラシローラ１２は、磁力の作用によって帯電ローラ２の表面に引き付けられ、そのブラシ２０が帯電ローラ２の表面に当接する。芯軸１９を電磁石などにより構成してもよい。また帯電ローラ２の少なくとも一部、例えばその芯軸３をマグネットにより構成すると共に、ブラシローラ１２の少なくと一部を磁性体、好ましくは強磁性体により構成し、或いは帯電ローラ２の少なくとも一部とブラシローラ１２の少なくとも一部を共にマグネットによって構成してもよい。これらの構成によってもブラシ２０を磁力の作用により被清掃体、すなわち帯電ローラ２の表面に当接させることができる。
【００２５】
また、図示した例では、ブラシローラ１２が、帯電ローラ２の上部領域に位置しているので、ブラシローラ１２のブラシ２０は、上述の磁力の作用とブラシローラ１２の自重とによって帯電ローラ２の表面に当接する。
【００２６】
しかも、芯軸１９の各端部がガイドスロット２２に回転自在に嵌合しているので、帯電ローラ２が矢印Ｂ方向に回転するとき、ブラシローラ１２は、帯電ローラ２の表面の移動に従動して矢印Ｇ方向に回転することができる。ブラシローラ１２が帯電ローラ２の回転に対して連れ回わりし、このとき帯電ローラ２の表面に当接したブラシ２０が帯電ローラ２の表面に付着したトナーを除去し、当該表面を清掃するのである。
【００２７】
このようにして帯電ローラ２の周面の汚れを防止し、像担持体１上に形成されるトナー像の画質を高めることができる。また、ブラシローラ１２は、駆動装置により回転駆動されるのではなく、帯電ローラ２の回転に従動して回転するので、ブラシローラ１２を回転駆動する駆動装置が不要となる。これにより、クリーニング装置１８の構成を簡素化できると共に、そのコストを低減することができる。
【００２８】
帯電ローラ２の表面に当接したブラシローラ１２のブラシ２０の食い込み量が大きくなりすぎると、ブラシ２０の繊維が早期に劣化してこれが永久変形する。逆にブラシ２０の食い込み量が少なすぎると、帯電ローラ２の表面の清掃効率が低下する。そこで従来は、先にも説明した如く、ブラシローラの中心と帯電ローラの中心の間の距離が一定となるように両者の相対位置を調整してブラシの食い込み量を規制する必要があったが、かかる規制手段を設ければ、それだけクリーニング装置のコストが上昇し、その構造が複雑化する。
【００２９】
これに対し、本例のクリーニング装置１８においては、ブラシローラ１２のブラシ２０が、磁力の作用とブラシローラ１２の自重によって帯電ローラ２の表面に当接するように構成されているので、前述のマグネットの磁気量とブラシローラ１２の重量などを調整するだけで、ブラシ２０を適正な圧力で帯電ローラ２の表面に当接させ、所望するブラシの食い込み量が得られる。これにより、従来設けられていた規制手段を省くことができ、クリーニング装置１８の構造の簡素化と、コストの低減を達成できる。
【００３０】
ブラシローラ１２の自重だけで、そのブラシ２０を帯電ローラ２の表面に当接させても上述の効果を奏することができるが、このように構成すると、図４に模式的に示すように、帯電ローラ２の回転中心Oを通る水平線Hよりも上方の帯電ローラ周面の領域Sにブラシローラを当接させなければならず、ブラシローラを配設する個所が制限されてしまう。これに対し、磁力の作用により、ブラシローラ１２のブラシ２０を帯電ローラ２の周面に当接させるように構成すると、ブラシローラ１２と像担持体１とが干渉しない位置であれば、帯電ローラ２の全周のいずれの位置にも、ブラシローラ１２を当接させることができる。このように、ブラシローラ１２の配設個所の自由度を拡大でき、クリーニング装置１８の小型化や、そのコストの低減が可能となる。帯電ローラ２の下側半分の領域、すなわち図４に示した領域Sを除く帯電ローラ周面にブラシローラ１２のブラシ２０を当接させた場合には、当該ブラシ２０は、前述の磁力の作用だけで、帯電ローラ２の表面に当接することになる。
【００３１】
ブラシ２０の繊維の長さは適宜設定できるが、この長さを２mm以下、特に０．４乃至０．６mmに設定することが望ましい。この繊維の長さは、芯軸１９に対して固定された繊維部分を除く、フリーとなった繊維部分の長さである。このように繊維の長さを短かくすると、帯電ローラ２の表面に圧接して弾性的に曲げ変形した繊維の基端部に作用する曲げモーメントを小さくすることができる。これにより長期に亘ってブラシの倒れ（永久変形）の発生を抑えることができ、ブラシローラ１２の寿命を伸ばすことができる。ブラシ２０の繊維長さを２mmよりも長くすると、その繊維の先端部における繊維間の間隔が大きくなるので、帯電ローラ２の表面に当接した各繊維に加えられる荷重が大きくなり、これによってブラシの倒れが促進されるが、繊維の長さを２mm以下に設定することにより、かかる不具合を回避することができる。
【００３２】
一般に、ブラシローラのブラシの先端部に付着したトナーを除去するには、そのブラシをフリッカーに打ち当てるのが普通であるが、ブラシ２０の繊維の長さを上述のように短かくすると、図１に示すように、そのブラシ２０をフリッカーに打ち当てずとも、当該ブラシの先端部に付着したトナーを除去することができる。その理由は必ずしも明らかではないが、繊維が２mm以下という短かい長さであると、帯電ローラ２の表面に圧接して弾性変形した繊維が、ブラシローラ１２の回転に伴って、帯電ローラ２から離れると、瞬時にして元の形態に弾性復帰するので、このときの衝撃によって繊維の先端部に付着したトナーが当該繊維から飛び出るためであると考えられる。
【００３３】
また、ブラシ２０の繊維の太さと、その密度も適宜設定できるが、当該太さを２デニール以下とし、繊維の密度を２００００本／cm^２以上、特に３００００本／cm^２に設定すると、帯電ローラ２の表面に多数本の繊維が当接することになり、これによって各繊維に加えられる荷重を小さくすることができる。これによっても長期に亘ってブラシの倒れの発生を抑えることができる。また、繊維の密度をこのように高めると、帯電ローラ表面に当接する繊維の本数が増大するので、帯電ローラ２の表面を効率よく清掃し、その汚れむらをなくすことができ、像担持体１上に常に高品質な画像を形成することが可能となる。
【００３４】
また、ブラシローラ１２の重量も適宜設定できるが、特に当該重量を５０ｇｆ以上で２００ｇｆ以下に設定すると、ブラシ２０の適度な食い込み量を保証でき、かつブラシローラ１２を円滑に連れ回わりさせることが可能となる。ブラシローラ１２の重量が５０ｇｆより小さいと、ブラシの食い込み量が少なくなりすぎて、帯電ローラ２の表面の清掃効率が低下し、当該重量が２００ｇｆよりも大きいと、ブラシの食い込み量が過度に大きくなって、ブラシの倒れが促進されやすくなる。
【００３５】
また、ブラシ２０を適宜な方法によって芯軸１９に固定することができるが、特に、ブラシ２０の繊維基端部をブラシローラの芯軸１９の周面に静電植毛法により固定すると、芯軸１９に対して、短かい繊維を高密度に植毛することができる。これにより、長期間に亘ってブラシの倒れの発生を防止でき、ブラシローラ１２の寿命を伸ばすことが可能となる。
【００３６】
例えば、芯軸１９の範囲Ｗに接着剤を塗布し、多数の繊維の基端部をその接着剤に静電的に付着させて、当該繊維の基端部を接着剤を介して芯軸１９に固定することができる。
【００３７】
ブラシの繊維の材質も適宜選択できるが、実験によると、特にナイロン６６又はＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）などの樹脂により当該繊維を構成すると、ブラシの倒れを効果的に抑え、適度な食い込み量が得られることが確認されている。
【００３８】
また、帯電ローラ２に付着したトナーをブラシに静電的に吸引できる材料によって、当該ブラシの繊維を構成すると、帯電ローラ２の表面の清掃効率を一層高めることができる。
【００３９】
図１に示した例では、前述のように像担持体１や帯電ローラ２やブラシローラ１２などの要素をユニットケース１３に組み付けてプロセスカートリッジ１４を構成したが、プロセスカートリッジは、少なくとも、上述したクリーニング装置１８と、このクリーニング装置１８により清掃される被清掃体としての帯電ローラ２とを一体的に組み付けて構成できるものである。このようなプロセスカートリッジの構成要素の１つである帯電ローラ２が寿命となれば、プロセスカートリッジ１４の全体を交換する必要があるが、このとき他の要素が未だ使用できる状態にあったとすれば、かかるプロセスカートリッジを廃棄することは大変不経済である。ところが、本例のプロセスカートリッジ１４においては、帯電ローラ２をブラシローラ１２により清掃するので、帯電ローラ２の寿命を伸ばすことができ、結局、プロセスカートリッジ１４の全体の寿命を伸ばし、上述の経済的なロスの発生を防止することができる。しかもそのクリーニング装置１８のブラシローラ１２のブラシ繊維長さを前述のように２mm以下に設定すると、ブラシローラ１２の径を極く小さくすることができるので、プロセスカートリッジ１４を小型化できる利点が得られる。これは、クリーニング装置１８と被清掃体とを具備する画像形成装置の場合も同様であって、当該画像形成装置を小型化することが可能となる。
【００４０】
また、図１に示した画像形成装置は、クリーニング装置１８により清掃される被清掃体が、像担持体１を帯電する帯電ローラ２より成り、その帯電ローラ２により帯電された像担持体１を露光して静電潜像を形成し、その静電潜像を現像装置５によってトナー像として可視像化し、該トナー像を転写材に転写するように構成されているが、その際、現像装置５において使用されるトナーとして、重合法により作られたトナーを用いることが好ましい。重合法により製造されたトナーは、トナー１粒ずつの対電荷質量比が揃っているので、転写材へのトナー像の転写効率を高くすることができる。このため、像担持体１用のクリーニング装置１７に入力する転写残トナーの量を少なくでき、その結果、クリーニングブレード１１をすり抜けて帯電ローラ２に付着するトナーの量を減少させることができ、帯電ローラ２の汚れを抑制することができる。これにより、帯電ローラの抵抗値の変化をより確実に抑え、長期に亘って像担持体上に高品質なトナー像を形成することができる。その際、トナーの形状を真球に近い形状でなく、歪な形状とすることにより、クリーニング装置１７によって転写残トナーを落としやすくなり、上述の効果を向上させることができる。
【００４１】
以上、被清掃体が像担持体１に対向してその像担持体１を帯電する帯電ローラ２である場合のクリーニング装置１８の例を説明したが、帯電ローラ２以外の各種被清掃体を清掃するために、上述した各構成のクリーニング装置を用いることができる。例えば、図１に示した像担持体１や、前述の中間転写体上に付着した転写残トナーを除去するために、前述のブラシローラ１２を有するクリーニング装置を用いることもでき、また転写ベルト８上に付着したトナーを除去するクリーニング装置にも前述の各構成を採用することができる。
【００４２】
【発明の効果】
本発明によれば、帯電装置の構成を簡素化でき、そのコストの上昇を抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】画像形成装置の概略構成を示す断面図である。
【図２】ブラシローラの拡大図である。
【図３】ブラシローラの正面図である。
【図４】帯電ローラに対するブラシローラの配置位置を説明する図である。
【符号の説明】
２ 帯電ローラ ３，１９ 芯軸 １２ ブラシローラ １４ プロセスカートリッジ １８ クリーニング装置 ２０ ブラシ ２１ 軸受板 ２２ ガイドスロット

Claims (6)

1. 帯電ローラと、該帯電ローラの表面に当接するブラシを有するブラシローラとを備えた帯電装置において、前記ブラシローラと、前記帯電ローラとのいずれか一方の芯軸の少なくとも一部がマグネットにより構成され、他方の芯軸の少なくとも一部が磁性体により構成されていて、該ブラシローラの芯軸の長手方向各端部は、軸受板に形成されたガイドスロットに、回転自在に、かつ帯電ローラの表面に対して接近又は離間する方向に摺動自在に嵌合していると共に、当該ブラシローラは、そのブラシが、前記マグネットによる磁力の作用と、該ブラシローラの自重とによって前記帯電ローラの表面に当接し、かつ該帯電ローラの表面の移動に従動して回転するように配置されていることを特徴とする帯電装置。
2. 前記マグネットは、永久磁石又は電磁石によって構成され、かつ前記磁性体は、ニッケル又は鉄で構成されている請求項１に記載の帯電装置。
3. 前記ブラシの繊維の長さが２mm以下に設定され、該繊維の密度が２００００本／cm^２以上に設定されている請求項１又は２に記載の帯電装置。
4. 前記ブラシの繊維基端部がブラシローラの芯軸に静電植毛法により固定されている請求項１乃至３のいずれかに記載の帯電装置。
5. 少なくとも、請求項１乃至４のいずれかに記載のブラシローラと帯電ローラとが一体的に組み付けられて成るプロセスカートリッジ。
6. 請求項１乃至４のいずれかに記載の帯電装置を有し、前記帯電ローラにより帯電された像担持体を露光して静電潜像を形成し、該静電潜像をトナー像として可視像化し、該トナー像を転写材に転写するように構成されていると共に、重合法により作られたトナーが用いられていることを特徴とする画像形成装置。

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